一种带温控功能的3D打印装置的制作方法

一种带温控功能的3d打印装置
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种带温控功能的 3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印技术，即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印技术以其高效、整体化、可视化的优点，广泛应用于珠宝鞋品、工业设计、建筑、工程和施工 (aec)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业等各个领域。
3.3d打印的工作过程为：首先由三维软件生成三维模型，然后由上位机切片软件对三维模型进行切片并规划路径，并生成g
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code文件，将文件导入给下位机控制器，由控制器控制3d打印机的打印针头逐层打印，最终三维实体模型。
4.在打印的过程中，细胞、凝胶、组织等生物材料的3d打印工艺对打印载体材料本身温度控制要求较高，往往在打印载体上温度偏差零点几摄氏度，打印载体材料性质就会出现较大变化，打印质量就会远低于预期效果。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种带温控功能的3d打印装置，可以减小打印载体材料的温度偏差，提高打印质量。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.一种带温控功能的3d打印装置，包括保温底板和盖设于其上的保温外壳，所述保温外壳和保温底板之间形成保温空间，所述保温空间内设有散热组件、打印平台和对刀组件，所述散热组件固定连接于所述保温底板的上端面，所述打印平台嵌设于所述保温外壳上，所述对刀组件固定连接于所述保温底板的上端面；所述打印平台和散热组件之间设有温控组件，通过所述温控组件和所述散热组件可以实现打印平台的恒温调节。
8.进一步设置为：所述温控组件包括半导体片、上位机、温度传感器和温度控制器，所述半导体片的顶部贴附于所述打印平台的下端面，所述半导体片和温度控制器之间通过导线电连接，所述上位机和所述温度控制器通信连接，所述温度传感器设置于打印平台内部且与温度控制器通信连接，以实时监测打印平台的温度。
9.进一步设置为：所述散热组件包括和保温底板固定连接的散热平台，所述半导体片的底部贴附于所述散热平台的上端面；所述散热平台的底部开设有多个相互连通的水槽，所述散热平台的一侧设有进水管和出水管，所述进水管和出水管均与水槽连通,且所述进水管和出水管之间连通有冷却水循环泵，所述冷却水循环泵与温度控制器控制连接。
10.进一步设置为：所述散热平台的底部开设有密封槽，所述密封槽沿散热平台的底部环绕水槽一周，所述密封槽内嵌设有密封条。
11.进一步设置为：所述打印平台的底部四周均布有四个支脚，所述支脚的底部抵接于所述散热平台的上端面，使得打印平台的下端面和所述散热平台的上端面之间形成走线
空间，便于半导体片的导线布置。
12.进一步设置为：所述对刀组件包括对刀壳体和压力传感器，所述对刀壳体嵌入所述保温外壳并与所述保温底板固定连接，所述压力传感器嵌设于所述对刀壳体内，且所述压力传感器的应变片高于打印平台。
13.进一步设置为：所述保温底板上螺纹穿设有三个调平螺栓，三个所述调平螺栓均匀布置于散热平台周侧，所述保温底板于调平螺栓的一侧螺纹穿设有锁紧螺栓。
14.进一步设置为：所述打印平台的中部开设有多个定位孔，以便固定打印载体；同时，打印平台采用热导率高的材料制作，且其工作表面镀金处理。
15.进一步设置为：所述保温外壳的顶部开设有第一开口和第二开口，所述打印平台通过所述第一开口嵌入所述保温空间内并与散热平台固定连接，所述对刀壳体通过所述第二开口嵌入所述保温空间内并与保温底板固定连接，第一开口和打印平台之间以及第二开口和对刀壳体之间均留有间隙。
16.综上所述，本实用新型的有益技术效果为：
17.(1)上位机将温控目标值输入至温度控制器，温度控制器通过pid 算法控制半导体片升温，热量通过半导体片传递至打印平台，使得打印载体的温度上升至温控目标值。同时保温外壳和保温底板之间形成保温空间，减少热量流失和逸散。
18.(2)当打印平台工作一段时间后，同时温度传感器将打印平台的实时温度反馈给温度控制器，温度控制器控制半导体片降温的同时启动冷却水循环泵，打印过程中累积产生的热量通过半导体片传递至散热平台，通过冷却水的循环带走热量，从而保证打印平台维持恒定温度。相比于现有技术，可以减小打印载体材料的温度偏差，确保打印质量。
19.(3)设置密封条可以提升水槽的密封性，防止冷却水渗漏。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的整体结构示意图；
22.图2为本实用新型拆除保温外壳后的结构示意图；
23.图3为沿图1中a
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a线的剖视图；
24.图4为本实用新型的控制结构框图。
25.附图标记：
26.1、保温底板
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2、保温外壳
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3、第一螺栓
27.4、打印平台
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5、散热平台
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6、第三螺栓
28.7、半导体片
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8、上位机
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9、温度传感器
29.10、温度控制器
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11、水槽
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12、进水管
30.13、出水管
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14、冷却水循环泵
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15、密封槽
31.16、密封条
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17、第二螺栓
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18、支脚
32.19、定位孔
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20、调平螺栓
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21、锁紧螺栓
33.22、对刀壳体
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23、压力传感器
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24、第一开口
34.25、第二开口
具体实施方式
35.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.实施例1
39.参照图1，为本实用新型公开的一种带温控功能的3d打印装置，包括保温底板1和盖设于其上的保温外壳2，保温外壳2通过第一螺栓3和保温底板1固定连接，保温外壳2和保温底板1之间形成保温空间，减少热量流失。保温空间内设有散热组件、打印平台4和对刀组件，散热组件固定连接于保温底板1的上端面，打印平台4嵌设于保温外壳2上，对刀组件固定连接于保温底板1的上端面。打印平台 4和散热组件之间设有温控组件，用于实现打印平台4的恒温调节。
40.参照图2，散热组件包括散热平台5，散热平台5上均布有第三螺栓6，通过第三螺栓6将散热平台5固定连接于保温底板1的上端面。
41.参照图3和图4，温控组件包括半导体片7、上位机8、温度传感器9和温度控制器10，半导体片7的顶部贴附于打印平台4的下端面，底部贴附于散热平台5的上端面，半导体片7和打印平台4、散热平台5之间的接触面涂覆有一层导热硅脂，以提升导热性能。半导体和温度控制器10之间通过导线电连接，上位机8和温度控制器 10之间通信连接。温度传感器9设置于打印平台4内部并且与温度控制器10通信连接，温度传感器9可以实时监测打印平台4的温度。
42.上位机8将温控目标值输入至温度控制器10，温度控制器10控制半导体片7开始工作，同时温度传感器9将打印平台4的实时温度反馈给温度控制器10，温度控制器10可以实现pid参数设置，调节精度可达到
±
0.1℃，通过pid算法控制半导体片7升温，热量通过半导体片7传递至打印平台4，使得打印载体的温度上升至温控目标值。
43.散热平台5的底部开设有多个水槽11，水槽11相互平行且沿保温底板1的宽度方向等间距布置，位于中部的水槽11两端分别与相邻的两个水槽11连通，使得水槽11呈“s”型分
布。散热平台5靠近对刀组件的一侧连接有进水管12和出水管13，进水管12和出水管13均与水槽11连通，且进水管12和出水管13之间连通有冷却水循环泵14，冷却水循环泵14与温度控制器10控制连接。
44.当打印平台4温度上升后，温度控制器10控制半导体片7降温的同时启动冷却水循环泵14，经过一段时间打印过程中累积产生的热量通过半导体片7传递至散热平台5，通过冷却水的循环带走热量，从而保证打印平台4维持恒定温度，打印平台4的温度值在温控目标值内，减小打印载体材料的温度偏差，确保打印质量。
45.散热平台5的底部开设有密封槽15，密封槽15沿散热平台5的底部环绕水槽11一周，密封槽15内嵌设有密封条16。保温底板1通过第二螺栓17和散热平台5固定连接，将第二螺栓17拧紧以确保压实密封条16，防止冷却水渗漏。
46.打印平台4的底部四周均布有四个支脚18，支脚18的底部抵接于散热平台5的上端面，使得打印平台4的下端面和散热平台5的上端面之间形成走线空间，以便半导体片7的导线进行布置。
47.打印平台4的中部开设有多个定位孔19，以便固定打印载体。同时，打印平台4采用热导率高的材料制作，且其工作表面镀金处理，有利于提高打印平台4和打印载体材料之间的热传导。
48.保温底板1上沿竖直方向螺纹穿设有三个调平螺栓20，三个调平螺栓20均匀布置于散热平台5的周侧，保温底板1于调平螺栓20 的一侧螺纹穿设有锁紧螺栓21。通过调平螺栓20可以方便地对打印平台4进行调平，锁紧螺栓21可以保证打印平面始终与打印针头垂直。
49.对刀组件包括对刀壳体22和压力传感器23，对刀壳体22嵌入保温外壳2并与保温底板1固定连接，压力传感器23嵌设于对刀壳体22内，压力传感器23的应变片高于打印平台4，且两者的高度差优选为0.02mm，从而保证对刀精度。
50.保温外壳2的顶部开设有第一开口24和第二开口25，打印平台 4通过第一开口24嵌入保温空间内，对刀壳体22通过第二开口25 嵌入保温空间内并与保温底板1固定连接。第一开口24和打印平台 4之间、以及第二开口25和对刀壳体22之间均留有间隙，间隙优选设置为0.05mm，从而为打印平台4和对刀壳体22的热胀冷缩留有余量，同时减少了热量流失。
51.本实用新型的工作原理及有益效果为：
52.首先将散热平台5通过第三螺栓6固定安装于保温底板1上端面，接着将保温底板1通过第二螺栓17固定安装于散热平台5上端面，将保温外壳2盖合于保温底板1上并通过第一螺栓3固定连接；然后将装配好的3d打印装置安装到地板上，通过水平尺观察水平情况，通过调平螺栓20调节打印平台4直至水平尺气泡居中，最后再拧紧锁紧螺栓21，确保打印过程中打印平台4与打印针头始终垂直。通过定位孔19将打印载体固定于打印平台4上，在上位机8设定温控目标值，点击运行，上位机8将温控目标值输入给温度控制器10，温度控制器10控制半导体片7开始升温，将热量传递给打印平台4，直至打印平台4升温至温控目标值。温度传感器9实时监测打印平台 4的温度，并将测得的温度反馈给温度控制器10，温度控制器10通过pid算法控制半导体升温或者降温，同时开启冷却水循环泵14进行散热，最终确保打印平台4保持在温控目标值。
53.相比于现有技术，本实用新型可以减小打印载体材料的温度偏差，提高打印质量，同时具有密封性好、调平方便快捷的优点。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。